程度、分布和土壤酸度自给农业制度下的原因和石灰推荐:在Wolaita,埃塞俄比亚南部

文摘

土壤酸度是最重要的一个环境威胁到埃塞俄比亚高原,大部分人的生活是依赖于农业。关于它的程度,然而,信息分布、原因,及石灰相应规模的需求仍然缺乏自给农业系统。本研究(1)调查的程度和空间分布土壤酸度,(2)确定因素将土壤酸化,和(3)预测的石灰要求主要作物。共有789个土壤样本收集的可耕种土地Wolaita地区主要表现为可怜的土壤肥力和土壤退化在埃塞俄比亚南部。结果显示,紧随其后的一个缓坡景观特征是强烈草率>平>丘陵地形。粘土是占主导地位的土壤结构类。土壤pH值映射,生成的使用地理空间分析,表明,3.3,78.0,和18.7%的面积是在强酸性,中度酸性和中性土壤反应,分别。可交换的酸度(Cmol(+) /公斤)变化从零至5.1,而交换Al范围从1.4到19.9 Cmol(+) /公斤。土壤pH值显示显著(与粘土含量(< 0.001)负相关r=−0.33),可交换(r=−61)、可交换的酸度(r=−0.58)和无机肥料应用程序(r=−0.33)。增加的磷酸氢二铵(DAP) (r²= 0.91)和尿素(r²= 0.88)显著升高土壤酸度。相反,施肥显示显著(与pH值(< 0.001)和积极的关系r= 0.37)的增长率肥料显著降低酸化(r²= 0.98)。DAP和尿素的应用超过75公斤/公顷降低土壤pH值由0.56和0.48单位,分别< 25公斤/公顷,同时堆肥(施厩肥)4吨/公顷pH值提高了0.75个单位在未孕。残留管理显著(< 0.001)影响土壤pH值,范围从6.09(完成除渣)到6.61(残留合并)。土地利用的变化、耕作强度,和社会经济地位也大大归功于土壤酸化。抑制土壤酸度的影响,常见的石灰要求bean字段变化从零增长到6.6吨/公顷,而对于玉米是在0和4.3吨/公顷。得出土壤管理干预措施如维护和整合作物残留物、综合运用的有机和无机肥料,李明,增强农民的意识应该提倡克服土壤酸化和提高土壤肥力。此外,引入作物与特性,酸度和耐铝毒性也建议。

1。介绍

农作物需要17种营养完整的生命周期,14的营养应该出现在足够的数量和比例的土壤健康的植物生长(1]。然而,营养的可用性是影响化学反应酸度或碱度在土壤中。土壤酸度和石灰被认为是两个主要的作物生产约束大大威胁到全球粮食生产系统然后食品安全(2]。

农业在埃塞俄比亚经济中扮演最重要的份额,因此,该行业严重依赖于土壤。在埃塞俄比亚,大约43%的耕地主要主食作物生长,受到土壤酸度的影响(3]。领域可能会更大,因为森林和牧场转化为耕地由于人口快速增加和相关的可怜的土地管理实践(4]。这意味着土壤酸化是如何威胁粮食产量的大小,从而降低食品安全特别是在埃塞俄比亚高原面积有助于土壤酸化过程(2,3]。

土壤酸度产生氢离子的浓度上升(H⁺)。它应该发生的自然和人为过程。酸父材料,浸出基本的阳离子(钙(Ca^{2 +}),镁(毫克^{2 +})和钾(K⁺)),土壤中水解反应交换网站,包含硫酸和硝酸的降雨,阳离子的吸收在长期栽培作物,农作物残渣去除,增加可溶性盐和化肥进入土壤(矿物和有机)可能会导致土壤酸化(3,5- - - - - -7]。在埃塞俄比亚,尽管大量的无机肥料应用在小剂量(例如,8,9]),重复使用尿素(46 n-0-0)和磷酸氢二铵(DAP) (18 n-46p₂O₅0)多年来报道作为土壤酸化的支持因素在埃塞俄比亚的西北和西南高地(10,11]。一般来说,土壤酸度提高铝(Al^{3 +})在土壤溶液浓度水平的毒性(5),限制了可用性基本植物营养和限制作物性能(12]。这将意味着土壤酸度和低营养的可用性相关的主要约束对实现可持续生产和实现粮食安全。因此,研究土壤酸度,映射它的程度,规划适用的管理技术是实现可持续的农业生产水平的基础。

在埃塞俄比亚,农业生产是不可抗拒的自然生存。根据Gebissa [13),97%的埃塞俄比亚的农业活动是由农民。自给农业是农业的一种形式,几乎所有的农作物或牲畜用来养活家庭。一般来说,土地退化包括土壤酸度是一个伟大的威胁在中国未来农业生产(2,3,13]。不同土壤管理实践农民应用到他们的领域使用无机或有机肥料5,14,15植物残体),返回到土壤(3,继续种植单一作物的耕种或轮作的做法16日,10影响土壤酸度。同时,李明是应用最广泛的技术,正确的土壤酸度,减少植物性毒素的水平的铝和锰、和提升土壤pH值适合量最大的营养供应,植物生长和作物产量12,15]。然而,减轻土壤酸度的石灰量取决于酸宽容度的作物10,17),土壤pH值,土壤和石灰类型和耕作方法(18]。然而,经验证据和石灰对土壤酸度和归因因素需要回收酸性自给农业系统的缺乏。因此,这项研究(1)评估的程度和空间分布土壤酸度,(2)确定因素将土壤酸化,和(3)表明,石灰的土壤酸度。

2。材料和方法

2.1。研究区域

这项研究是在三个地区进行在埃塞俄比亚南部Wolaita区。地区(Damot盖尔Damot酸痛,合情Zuria) 84000公顷(ha)的土地位于037°35′30 -037°58′36 E和06 20°57′- 07 31°04′N。十年平均年降雨量和温度是1355毫米和19.7°C,分别。海拔范围从海拔1473到2873米(m.a.s.l)。主要的土壤是Nitisols [19]。一般来说,土壤酸性反应有不同程度(16]。

Rain-fed-based农业是生计的主要来源。主要粮食作物包括微软(Eragrostis微软(调查)。快步走的人)、玉米(玉米l)、面包小麦(小麦l .)、扁豆(菜豆l .)和豌豆(Pisum一l)。根和块茎作物,如甘薯(番薯甘薯),日本(芋耐),土豆(茄属植物tuberosum)enset (象腿ventricosum)也广泛种植。家园的环境领域用于多年生作物。连续培养没有休耕制在该地区很常见。农民通常有机肥料资源申请时多年生作物无机肥料用于每年的农作物。当时使用的无机肥料的研究包括尿素(46 n-0-0)和磷酸氢二铵(DAP) (18 n-46p₂O₅0)。

2.2。土壤采样和实验室分析

2.2.1。土壤取样和制备过程

从三个地区,789年表层土壤样本收集,风干,2毫米,筛分网。采样点的建筑使用地理定位系统(GPS)(模型Garmin GPSMAP 60 cx)。取样的深度为多年生作物粮食作物0-20厘米而扩展到50厘米。根据地形和观测到的异质性,10到15次级样本被送往形式复合试样的一公斤。

2.2.2。土壤分析

土壤pH值样本分析,可交换的酸性(EA),可交换,交换基地(钙、镁、钾、钠),和有效阳离子交换量(ECEC)。土壤pH值测量用酸度计的比率1:2.5土壤水(20.]。EA是由浸出与氯化钾(氯化钾)其次是盐酸滴定与0.02米(21]。可交换的基地和基地使用Mehlich-3方法测定(22),而元素的浓度测量使用电感耦合等离子体光谱仪(ICP)。然后,ECEC是可交换的总和计算基地(钙、镁、钾、钠)+ EA。

2.3。石灰估计需求(LR)

扁豆、小麦和玉米是主要作物的研究领域。作物有不同的酸耐受水平,有目的的选择石灰(LR)的评估要求。他们的LR估计基于意甲(17] 其中LR是石灰率(吨/公顷),EA是可交换的酸度(cmolc公斤吗⁻¹),ECEC有效阳离子交换量(cmolc公斤⁻¹),不允许酸饱和的特定类型的作物(%)。

作物宽容度表示不可以容忍不同的作物(6]。不是用来计算的石灰要求主要作物在埃塞俄比亚是5%豆类,10%对大多数年度作物(如小麦和大麦),和20%的玉米10,17]。

2.4。土壤酸度和LR的数字地图

点数据的土壤pH值、EA和LR是未取样的位置用普通克里格插值。变异函数是在方程(24)[23]。 在哪里n是对采样点的数量分开的距离h和Z(x_我)的特征在研究的价值我^th位置(我= 1、2、3、……n)。

2.5。统计数据分析

数据受到与单向方差分析(方差分析)方法使用Statistix软件8.0版。每当显著差异(< 0.05)发现,图基HSD(图基的诚实的显著差异)测试进行比较的意思。此外,使用描述性统计数据进行评估和皮尔逊相关分析。的值变异系数(CV)的土壤属性被评为低(< 20%),中度(20 - 50%)和高度变量(> 50%)24]。地理空间分析、映射和石灰要求使用GIS软件执行(弧地图版本10.4.1)。

3所示。结果与讨论

3.1。程度和分布的土壤酸度

土壤pH值在4.5和8.0之间平均pH值为6.13±0.39(表1)[25]。它显示低变异性(CV < 20%)。从总样本量,21%是强酸性(pH值< 5.5),53.3%的中度酸性(5.6 - -6.5)、22.7%中性(6.6 - -7.3),和3.06%的中度碱性(7.4 - -8.4)25]。可交换的酸度(Cmol(+) /公斤)基于样例的观察范围从零到5.1而交换Al变化从1.4到19.9,平均值9.02 Cmol(+) /公斤(表1)。基于地理空间分析,3.3,78年,18.7%的面积被限定在强酸性(< 5.5),中度酸性(5.6 - -6.5),和中性(6.6 - -7.3),分别为(图1(25];图1(一))。土壤pH值表现出显著(与可交换的酸度≤0.001)负相关(r=−0.58)和交换(r=−0.67)(表2)。

作物有不同能力容忍酸性土壤条件(3]。然而,作物生产是克制的pH值低于5.5 - -6.5 (26]。因此,土壤pH值的观测值,可交换的酸度,和可交换可以证明某些对营养的影响可用性的存在(16)和作物生产力(3]。

3.2。因素与土壤酸化

3.2.1之上。景观特征和土壤质地

景观、地形特征的位置,高度,斜坡,和方面,并没有显示出显著影响土壤pH值(表3)。然而,土壤pH值下降趋势从平向丘陵地形位置被记录。海拔在1473年和2873年之间的研究区域范围学士。l区域的主要特点是mid-highland (1500 - 2300 masl)农业生态学(9]。因此,对小气候的影响,然后土壤反应可能是有限的。斜率与土壤侵蚀和沉积过程。然而,绝大多数(68%)的研究区域内平坦缓坡条件,因此,重要的土壤pH值的变化不记录。这一发现同意Melku et al。27]报告统计上无意义的差异在土壤pH值斜率类之间和景观位置Geshy subcatchment, Gojeb河流域,埃塞俄比亚。作者提到的减少趋势,土壤pH值随着坡类。方面相关的太阳能接收的斜率和影响植物生长和土壤含水量(28]。面积主要是flat-gentle地形的特征,及其对土壤pH值的影响不存在统计学意义(>(表0.05)3)。

土壤质地显著(< 0.001)影响土壤pH值(表3)。粘质土壤的平均pH值范围从5.99在粉砂壤土土(表6.463)。粘土颗粒最活跃部分确定土壤的化学活性。土壤pH值降低的原因可以归因于更高的粘土含量的影响活跃,可交换,储备酸度。这也是支持显著(土壤pH值< 0.001)和消极的关系与粘土含量(r=−0.33),可交换(r=−61),和可交换的酸度(r=−0.59)。在协议中,Chalsissa et al。10]报道降低粘土土壤由于土壤pH值相对更高浓度的可交换的酸度。作者还低pH值较低的土壤OM内容有关。

3.2.2。土壤管理实践

应用无机肥料含有氮(N)和磷(P)的形式尿素(46 n-0)和磷酸氢二铵(DAP) (18 n-46p₂O₅0)应用程序一直在50年前开始埃塞俄比亚。与无机肥料领域持续管理显示显著(< 0.001)土壤pH值低于未孕(表字段4)。一般来说,无机肥料应用于土壤的数量小于毯子剂量(9]。然而,pH值下降记录增加率的DAP和尿素肥料(表2和4,数据2和3)。平均而言,DAP和尿素的应用超过75公斤/公顷pH值降低了0.56和0.48单位,分别低于25公斤/公顷相比应用程序。同样,从西方埃塞俄比亚(研究报告10]和埃塞俄比亚西北部[11)表明,DAP和尿素化肥种植领域的应用导致土壤酸化。的确,在产量增加无机肥料有相当大的作用。但yield-making过程中,植物吸收比阴离子中和有机阳离子酸合成,因此,比阴离子阳离子与谷物和被作物残留物(5]。这导致酸化尤其是当作物残留物从农田中删除像研究区(5,29日]。此外,ammonia-based肥料或其他条件,产生土壤中氨解放质子比土壤内的转换过程中消耗数量和后来产生酸化(5]。

另外,字段,不断通过堆肥(施厩肥)显示显著(土壤pH值< 0.001)高于未经处理的字段(表2和4,图4)。平均pH值单位增加由于堆肥应用在4吨/公顷土地不肥沃的字段(图0.75单位4)。结果有关的作物残留物也遵循类似的模式(表施厩肥应用程序4)。这解释了添加有机肥料/保留作物残留物使植物性毒素的水平形成organo-Al复合物和艾尔的pH值增加(3]。肥料的应用由于其高基阳离子浓度减轻酸化(14]。

3.2.3。土地利用类型、耕作强度和连作

在统计上有显著差异的土壤pH值记录在土地利用类型(表5)。之间的平均pH值单位下降最大(enset字段)和最小(草原)是1.22个单位紧随其后(主要农田)(图0.91单位5)。土地利用对土壤酸化的影响取决于它如何影响质子通量(5]。enset字段与主要字段/草原相比,后者更酸化。这是由于变量管理实践。管理实践,如有机施肥,是常见的在enset字段比谷类和豆类增长字段与无机化肥和旋转进行管理。此外,豆类作为唯一和间作种植的主要领域吸收过量阳离子中和合成氨基酸的羧基组(5]。这与上述管理实践可能酸化主要字段enset /咖啡多字段。

剪切强度是指种植的作物在同一领域一直在一个农业。结果表明,土壤pH值显著影响耕作强度(表5)。每年增长连续两个作物在同一领域比单一作物的耕种土壤pH值下降更多。植物吸收比阴离子中和有机酸合成阳离子。这意味着连续培养[下的吸收会变得更9]。这可能会导致土壤pH值降低。同意这个,Tesfaye et al。30.连续培养下]报道pH值下降。在研究区,农民种植连续两个作物的旋转。与豆类和谷类通常旋转块根作物(9]。根据09 et al。31日],豆科物种增加土壤酸化的增加归因于切除碱性植物籽粒产量。

3.2.4。农民的视角:当地的土壤类型和社会经济地位

农民在该研究领域有一个传统土壤分类和应用相应的本地化管理。他们使用的整体方法如土壤颜色、渗透率、保水能力、可加工性和土壤肥力定性评估。认为土壤特性的细节中发现Fanuel et al。9]。土壤pH值针对农民的命名不同从5.6(传闻碧塔海佐薇)6.4 (Arrada碧塔海)(表6,图6)。传闻碧塔海佐薇真的是红色的和nonfertile土壤。随后,农民相对应用大量的无机肥料相比Arrada碧塔海(肥沃的土壤)9]。佐薇传闻中的粘土比例(71%)高于Arrada碧塔海(45%)和它的pH值显著下降与比例增加粘土(< 0.001)r=−0.33)。

在大多数情况下,农民应用家里离开废物尤其是木灰和动物粪便成Arrada碧塔海主要位于接近家园。这可能会提高土壤有机质和碱阳离子和较高的最终相比,土壤pH值位于遥远的领域(如传闻中的佐薇,拉达碧塔海,有碧塔海),主要是受到完整的作物残留物去除和无机肥料使用。在协议中,Yihenew et al。11]报道酸性土壤种植领域的反应由于损耗基本阳离子通过作物收获和持续使用尿素和衣冠楚楚的[(NH)₄)₂HPO₄肥料。符合这一点,在家减少土壤pH值字段到远程字段输入水平的差异主要是由于是报道Chikowo et al。32]。这一发现意味着理解农民的土壤类型可以用作特定场地土壤pH值和养分管理策略。

土壤pH值在资源贫乏的农民场上明显高于其他富裕群体(表6)。资源贫乏的农民的土地比富裕的农民和使用一系列其它来源的营养物质,如堆肥、农作物残留物,落叶层相比,富裕农民使用矿物肥料[33]。作者还称,富裕农民生产更多的肥料,主要是因为他们有更大的牛群。然而,在数量上被应用单位的土地,资源贫乏的农民每公顷应用更多的肥料,因为他们只培养非常小的区域。这可能导致更高的土壤pH值在资源贫乏的字段。

尽管贫困农民几乎没有获得有机和无机养分来源,他们的土地被用更好的护理管理来获得更多的生产。相反,富裕农民有一个更好的土地规模和不断培养下相对较高应用的无机肥料。

3.3。估计石灰要求

从总面积2772公顷是强酸性(< 5.5),而65520公顷是中度酸性(5.6 - -6.5)表明需要特定站点管理为了正确的土壤酸度。李明被认为是一个主要的选项来管理土壤酸度和维持粮食生产。这是一个快速而有效地中和酸性,特别是在高酸性的土壤(29日]。此外,相对耐酸作物品种的生长在微酸性土壤也建议。剩下的15708公顷的研究区域不需要石灰。

石灰的数量估计基于容许酸饱和(PAS)水平提出了人物各自的作物7- - - - - -9。指出这是石灰要求(LR)景观的变化取决于酸度可交换,交换,和土壤博士证实了这个高度显著相关(r= 0.99,0.96,0.88 )可交换的酸度和LR之间在5%,10%,和20%,分别。可交换之间的相关性和艾尔LR也显著积极的不是5% (r= 0.62 ),不是10% (r= 0.59 ),并不是20% (r= 0.52 )。土壤pH值的相关性矩阵也显示出非常重要的但与LR -关系不是5% (r=−0.54 ),不是10% (r=−0.50 ),并不是20% (r=−0.43 )。强烈的空间相关性的LR早些时候在所有不是计算也加强了变异函数声明(附件表1)。

据估计,所需的石灰来中和酸性菜豆字段不同从0到6.6吨/公顷(图7),而玉米,这是在0和4.3吨/公顷(图8)。农民在强酸性土壤,不管作物类型,建议6.4应用最多t石灰/公顷(图9)。然而,土壤每年调整基于石灰应用程序之前也推荐。此外,它应该被强调,李明不能自立增加农作物产量;相反,它保证更高的收益率在使用一个适当的和平衡的限制作物营养的供应。然而,李明可能不是实际资源贫乏的农民由于供应短缺或劳动力和货币成本高。因此,整合化肥和粪肥和鼓励农民保留/将残留明显缓解土壤酸化相关(29日]。

4所示。结论

土壤酸度被确定为最重要的一个限制作物生产。然而,酸度大小和程度的具体地点的这意味着需要特定站点的管理。在研究区,环境和景观特征系统大多相似,土壤酸化是由于固有的和人为因素。粘土,肥料类型、土地利用管理实践,导致了土壤酸度和社会经济条件。李明建议作为一个有效的方法来抵消土壤酸化和提高作物产量。因此,数字地图显示site-crop-specific石灰率变化量基于酸敏感的作物。小农必须鼓励返回作物残留物和集成化肥和粪肥为了降低土壤酸度的影响。此外,引入作物与酸度和耐铝毒性特征。最后,李明本身并不能成为一个完整的解决方案来增加作物产量。因此,它必须结合一个适当的和平衡的限制作物营养的供应。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

所有作者收集、分析、解释和准备手稿。

确认

作者感谢教育部(MOE)和现在的科学和高等教育(MoSHE)和埃塞俄比亚的土壤信息系统(EthioSIS)农业转换机构(ATA)对金融支持。

补充材料

附录1:模型性能和半方差图研究区域的土壤属性的特征。(补充材料)

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